Устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра и возведения постоянной крепи
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно, к бурению вертикальных скважин /С/ большого диаметра для последующего бурения из них радиальных дренажных С. Цель - повышение надежности работы устройства и автоматизации процессов крепления. Устройство включает породоразрушающий инструмент /ПРИ/ 1, приводы 5, 6 вращения и осевого перемещения ПРИ 1 и распорный механизм 8 установленный с возможностью взаимодействия с секциями крепи. При этом ПРИ 1 выполнен из шарошек /Ш/ 11, установленных в три ряда на каркасе 12. Лапы Ш 11 подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения посредством механизма. Секции крепи выполнены из чередующихся сегментов и клиньев и размещены на платформе, расположенной над ПРИ 1. В корпусе 4, камере 7 и каркасе 12 ПРИ 1 имеются центральные сквозные отверстия 20-22, через которые проходит эксплуатационная колонна 23. Одновременно включаются гидроцилиндры распорного механизма, привод ПРИ 1, шламовый насос 53, промывочный насос 58 и начинается процесс бурения. Представлены варианты выполнения механизма перемещения Ш 11, механизма раздвижки секций крепи. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (SV e Е 21 Э 1/06 5/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ ггг
Ю
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОЫИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ. ГКНТ СССР (21) 4297709/23-03 (22) 19.08.87 (46) 23.09.89. Бюл. N - 35 (75) А.М.Котляров, И.М.Кузьменко и Ю,И.Марков (53) 622.243.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Р 543694, кл. Е 21 D 1/06, 1975 °
Авторское свидетельство СССР
¹ 1009136, кл. E 21 D 1/06, 1981.
ÄÄSUÄÄ 1509534 А 1
2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
И ВОЗВЕДЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ КРЕПИ (57) Изобретение относится к нефтедобывающей промьппленности, конкретно к бурению вертикальных скважин /C/ большого диаметра для последующего бурения из них радиальных дренажных
С. Цель — повышение надежности работы
1509534 устр-ва и автоматизации процессов крепления. Устр-во включает породоразрушающий инструмент /ПРИ/1, приводы 5, 6 вращения и осевого перемещения ПРИ 1 и распорный механизм 8, ус5 тановленный с возможностью взаимодействия с секциями крепи. При этом
ПРИ 1 выполнен из шарошек 11, уста-. новленных в три ряда на каркасе 12.
Лапы шарошек 11 подпружинены и установлены с возможностью радиального перемещения посредством механизма.
Секции крепи выполнены из чередующихся сегментов и клиньев и размещены на платформе, расположенной над ПРИ 1. корпусе 4, камере 7 и каркасе 12
ПРИ 1 имеются центральные сквозные отверстия 20-22, через которые проходит эксплуатационная колонна 23.
Одновременно включаются гидроцилиндры распорного механизма, привод ПРИ 1, шламовый насос 53, промывочный насос
58 и начйнается процесс бурения.
Представлены варианты выполнения механизма перемещения шарошки 11, механизма раздвижки секций крепи.
2 з.п.ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к нефтедобы- 20 вающей промышленности, конкретно к бурению вертикальных скважин большого диаметра для последующего бурения из них радиальных дренажных скважин.
Целью изобретения является повыше- 25 ние надежности работы устройства и автоматизации процессов крепления.
На фиг.1 изображено устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра; на фиг.2 — разрез А-А 30 на фиг.1; на фйг.3 — - вид Б на фиг.1; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.3; на фиг.5 — разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.6». разрез Д-Д на фиг.1;на фиг.7 — вид Е на фиг.1;на фиг.8 — разрез Ж-Ж на фиг.7. 35 .Устройство для бурения вертикальных скважин большого диаметра состоит из породоразрушающего инструмента 1, установленного на подшипниковой опоре 2 в нижней камере 3 корпуса 4, 10 привода 5 вращения породоразрушающего инструмента, установленного в этой камере, привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента, расположенного в верхней камере 7 корпу-45 са 4, распорного механизма 8, средств
1 для обсадки скважины, системы очистки промывочной жидкости, а также блока 9 управления и маслостанции 10, установленных в нижней камере 3 корпуса 4.
Породоразрушающий инструмент 1 состоит из шарошек 11, установленных в три ряда на каркасе 12. Лапы шарошек
11 наружного ряда установлены подвижно в радиальных направляющих 13 каркаса 12, подпружинены и соединены тросами 14 с диском 15, имеющим кольцевую выточку 16, Диск 15 установлен подвижно на вертикальных штырях
17 каркаса 12. На нижней камере 3 корпуса 4 вертикально установлены три гидроцилиндра 18, штоки которых снабжены пальцами 19. расположенными в кольцевой выточке 16 диска 15.
В корпусе 4, камере 7 и каркасе 12 породоразрушающего инструмента 1 имеются центральные сквозные отверстия
20-22,. через которые проходит эксплуатационная колонна 23 отработанного нефтяного месторождения.
Привод 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента выполнен в виде двух гидрозажимов 24 и 25 расположенных соосно центральному. сквозному отверстию 21 корпуса 4 и охватывающих эксплуатационную колонну 23.
Гидрозажимы 24 и 25 выполнены в виде подвижных в радиальном направлении плашек 26, взаимодействующих через упорный подшипник 27 и конусную обойму 28 с поршнем 29, установленным в гидростакане 30. На гидрозажиме 24 закреплены три гидроцилиндра 31 подачи, а на гидрозажиме 25 — три гидро- цилиндра 32 подачи. Штоки гидроцилиндров 31 и 32 соединены с верхней камерой 7 корпуса 4.
Распорный механизм 8 (фиг.2)содержит втулку 33, имеющую шлицевое соединение с корпусом 4, три криволинейных рычага. 34, шарнирно соединенных с втулкой 33 и с колодками 35, наружная поверхность которых выполнена по логарифмической спирали. На втулке
33 установлены три гидроцилиндра 36 для поворота рычагов 34, а на рычагах
34 — три гидроцилиндра 37 для поворота колодок 35.
1509534
Средствами для обсадки скважины являются три рычага 38, поворотные в вертикальной плоскости, установленные на нижней камере 3 корпуса 4 и снабженные приводом их поворота — гидроцилиндрами 39, и механизмы, установленные на площадке 40, закрепленной на нижней камере 3.
На площадке 40 (фиг.3 — 5) установлены три гидроцилиндра 41, соединенные через упоры 42 с толкателями
43, подвижно установленными в радиаль ных направляющих 44. Каждый толкатель
43 имеет на своем конце подвижный в вертикальном направлении упор 45 с механизмом его перемещения (не показано) . На площадке 40, кроме того, установлены три гидроцилиндра 46.
Ыток каждого гидроцилиндра 46 шарнирно соединен с малым плечом двуплечего рычага 47, установленного на подвижной опоре 48, которая установлена на направляющей 49. Подвижная опора 48 соединена с направляющей 49 утапливаемым фиксатором (не показан) . Hg конце подвижной опоры 48 закреплен блок 50. Большое плечо рычага 47 соединено с тросом 51, перекинутым через блок 50. и закрепленным на толкателе .52, установленном с возможностью движения по подвижной опоре 48.
Система очистки промывочной жидкости содержит закрепленный на нижней камере 3 корпуса 4 шламовый насос 53 (его привод 54 расположен внутри камеры 5), соединенный трубопроводом (не показан) с гидроциклоном 55. Гид роциклон 55 установлен на рычаге 56, поворотном в горизонтальной плоскости. Опора рычага 56 и привод его поворота — гидроцилиндр 57 установлен на верхней камере 7 корпуса 4.
Гидроциклон 55 соединен через приемную емкость для очищенной воды (не показана) с промывочным насосом 58, закрепленным на верхней камере 7.
Под гидроциклоном 55 находится подвешенный на тросах кольцевой шламосборник 59.
Крепь 60 выполнена из сборных секций 61. Каждая секция 61 (фиг.6-8) состоит из трех сегментов 62 и трех клиньев 63, соединенных по типу шип-паз. Клинья 63 зафиксированы с помощью пружинных защелок 64, установленных в сегментах 62, В верхней части каждого клина 63 имеется Т-образный выступ, а в нижней части— такой же формы паз, обеспечивающие соединение 65 соседних секций по
< типу ласточкин хвост. На внутренней поверхности клиньев 63 со стороны их торцов выполнены направляющие вертикальные выступы 66, расстояние между которыми равно 1/2 — 2/3 высоты секции 61, Гладкий участок между направляющими выступами 66 служит для контакта с колодками
35 механизма удержания реактивного момента.
В транспортном положении секции
61 ее сегменты 62 и клинья 63 сдвинуты к центру.
Работа устройства для бурения вертикальных скважин большого диаметра осуществляется следующим об10 l5
20 разом.
Предварительно вокруг эксплуатационной колонны 23 о тработанного нефтяного месторождения вырывают скважину и закрепляют на ней секции
61 крепи 60. На площадку 40 устрой25 ства для бурения устанавливают следующую секцию 61 крепи 60 в транспортном положении. При этом сегменты 62 устанавливают на толкатели 43
g0 между упорами 42 и 45, а клинья 63 на подвижные опоры 48. устройство для бурения с шарошками наружного ряца, смещеннОго к центру породоразрушающего инструмента 1 (способ их смещения описан HHEe), опускают В
< скважину вместе с секцией 61 в транспортном положении таким образом, чтобы эксплуатационная колонна 23 прошла через сквозные отверстия 21 и
40 22 каркаса 12 породоразрушающего инструмента 1 и корпуса 4, а также через гидрозажимы 24и 25 привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента. При этом гидрозажимы 24 и 25
45 приближены друг к другу, а колодки
35 и рычаги 34 относительно положения, показанного на фиг.2, повернуты по часовой стрелке и приближены к корпусу 4. Втулка 33 опирается на ниж5р нюю камеру 3 корпуса 4, Включают блок 9 управления на автоматический режим работы. Включается маслостанция 10, и давление подается к приводу 6 осевого перемещения поро55 доразрушающего инструмента и к меха-, низму удержания реактивного момента.
В результате этого поршень 29 верхнего гидрозажима 24, смещает конусную обойму 28, плашки 26 зажимают эксплу1509534
После выработки хода гидроцилиндрами 31 подачи давление подается к нижнему гидрозажиму 25 и его плашки
26 зажимают эксплуатационную колонну
23. Снимается давление в гидростакане
30 верхнего гидрозажима 24 и он осво- 40 бождает эксплуатационную колонну 23.
Подается давление в поршневую полость гидроцилиндров 32, и осевое усилие продолжает передаваться на породоразрушающий инструмент 1. В это 45 время верхний гидрозажим 24 перемещается вниз под действием давления, подаваемого в штоковую полость закрепленных на нем гидроцилиндров 31 подачи. Далее цикл работы гидрозажимов 24 и 25 и гидроцилиндров 31 и 32 повторяется. Таким образом происходит перемещение породоразрушающего инструмента 1 методом перехвата. Метод перехвата допускает также первоначальную фиксацию на эксплуатационной колонне 23 нижнего гидрозажима 25 и движение вниз по колонне разжатого верхнего гидрозажима 24 во время ат а цио иную колонну 2 3, включают ся закрепленные на гидрозажиме 24 гидроцилиндры 31 подачи, и через корпус
4 осевое усилие передается на пбродо-- -5 . разрушающий инструмент 1. В это время нижний гидрозажим 25 разжат и переме-. щается вниз по эксплуатационной колонне 23 под действием давления, подаваемого в штоковую .полость закрепленных 0 на нем гидроцилиндров 32, Одновременно включаются гидроцилиндры 36 механизма удержания реактивного момента, которые поворачивают рычаги 34, и гидроцилиндры 37, поворачивающие колодки 5
35 до тех пор, пока они не заклинятся на секции 61 крепи 60.
Одновременно включаются привод 5 вращения породоразрушающего инструмента, шламовый насос 53, промывочный щ насос 58 и начинается процесс бурения.
Нламовый насос 53 откачивает залитую в скважину промывочную жидкость со взвешенными в ней твердыми части-. цами выбуренной породы и подает в 15 гидроциклон 55, где происходит разде ление суспензии: твердые частицы выбуренной породы в виде шлама поступают в шламосборник 59, а очищенная промывочная жидкость через приемную емкость поступает к промывочному насосу 58, который подает ее к породоразрушающему инструменту 1. работы гидроцилиндров 32 подачи нижнего гидрозажима 25.
Бурение продолжается на глубину, равную высоте секции 61 крепи 60.
После этого отключаются приводы 5 и
6 вращения и осевого перемещения породоразрушающего инструмента, шламовый и промывочньгй насосы 53, 58 и производится обсадка пробуренного участка скважины, В это время секция 61 в транспортном положении стоит на площадке 40 под ранее установленной в скважине секцией. Включают одновременно гидроцилиндры 39, 41 и 46.
При выдвижении штоков гидроцилиндров
46 поворачиваются двуплечие рычаги 47 и с помощью тросов 51 перемещают толкатели 52, которые сдвигают клинья
63 к концам подвижных опор 48. Движение клиньев 63 производится при малом перемещении штоков гидроцилиндров 46 из-за упомянутого соотношения размеров плеч рычагов 47 ° При положении клиньев 63 на концах подвижных опор 48 толкатели 52 утапливают фиксаторы и разъединяют подвижные опоры
48 и их направляющие 49. В результате этого дальнейшее выдвижение штоков гидроцилиндров 46 вызывает движение подвижных опор 48 по направляющим 49, при этом клинья 63 неподвижно стоят на подвижных опорах 48.
Таким образом, конструкция механизма перемещения клиньев 63 обеспечивает его размещение в ограниченном пространстве, меньшем величины хода толкателя,52.
Одновременно с клиньями 63 перемещаются сегменты 62 с помощью толкателей 43, приводимых гидроцилиндрами 41.
При подходе сегментов 62 к стенкам скважины подвижные упоры 45 утапливаются. В этот момент клинья 63 заходят в зацепление с сегментами 62 и с клиньями вышестоящей,,секции (фиг,7).
Дальнейшее перемещение сегментов 62 до полного прилегания к стенкам скважины осуществляется при их расклинивании клиньями 63 под действием рычагов 38, приводимых гидроцилиндрами
39.
После раздвигания секции,61 до полного сечения толкатели 52 и 43 с помощью гидроцилиндров 46 и 41 перемещаются в обратном направлении. В механизме удержания реактивного момента гидроцилиндры. 37 поворачивают в обратную сторону колодки 35, выводя их из сос1509534 тояния заклинки, а гидроцилиндры 36 поворачивают в обратную сторону (складывают) рычаги 34. Механизм 8 под собственным весом опускается на нижнюю камеру 3 корпуса.4.
С помощью привода 6 осевого перемещения породоразрушающего инструмента устройство для бурения поднимается на поверхность земли (предварительно на поверхность поднимается шламосборник 59). При этом после отрыва породоразрушающего инструмента 1 от забоя подают давление к вертикальным гидроцилиндрам 18, которые с по-,15 мощью пальцев 19, расположенных в кольцевой выточке 16, приподнимают по штырям 17 диск 15. Это вызывает. движение закрепленных на нем тросов 14 и смещение шарошек 11 наружного ряда к центру породоразрушающего инструмента .1. Уменьшение его диаметра обеспечивает беспрепятственный проход через установленные в скважине секции 61 крепи 60 при подъеме и последующем 25 опускании в скважину устройства для бурения °
Указанные операции выполняются и для замены на поверхности земли износившегося породоразрушающего инст- 30 румента. Причем эту замену целесооб- разно производить при извлечении уст- ройства для бурения. с целью обсадки скважины.
После подъема устройства для буре- 35 ния на площадку 40 устанавливают следующую секцию 61 крепи 60 в транспортном положении, ориентируя ее.так, как показано на фиг.б. Затем с помо.щью привода 6 осевого перемещения 4О породоразрушающего инструмента опускают в скважину устройство для бурения вместе с секцией в транспортном положении. При опускании секции 61 смещению ее сегментов 62 препятствуют 15 направляющие выступы бб секций, ранее установленные в скважине.
При- опускании устройства для бурения на забой, после прохождения породоразрушающего инструмента 1 последней.
>О секции 61, установленной в скважине, шарошки 11 наружного ряда раздвигаются в исходное положение. После установки устройства для бурения на забой отключают привод б осевого перемещения породоразрушающего инструмента, включают механизм удержания реактивного момента, колодки 35 которого заклиниваются на гладкой поверхности между направляющими выступами бб клина 63 последней из установленных в скважине секции 61, опускают в рабочее положение шламосборник 59, включают привод 5 вращения породоразрушающего инструмента и привод 6 его осевого перемещения. Одновременно включаются шламовый насос 53 и промы.вочный насос 58. После бурения на глубину, равную высоте секции 61. крепи 60, производится обсадка пробуренного участка скважины, буровое уст-, ройство поднимается на поверхность за следующей секцией 61, а затем буровой инструмент 1 вместе с ней опускается в скважину и процесс бурения возобновляется.
При наполнении шламосборника 59 гидроциклон 55 с помощью гидроцилиндра 57 поворачивается для беспрепятственного подъема шламосборника 59 на поверхность, где происходит его разгрузка. Затем шламосборник 59 опускают в рабочее положение, а гидроцилиндр 57 поворачивает в исходное положение гидроциклон 55. Транспортировка шламосборника 59 производится с помощью спускоподъемного оборудования, установленного на поверхности. Оно не может использоваться для транспортировки устройства для бурения при обсадке скважины и замене износившегося породоразрушающего инструмента.
В процессе бурения контролируется уровень промывочной жидкости в скважине и при необходимости она доливается в автоматическом режиме °
После окончания бурения эксплуатационную колонну 23 извлекают из сква кины. еормулаизобретения
1. Устройство для бурения вертикальных.скважин большого диаметра и возведения постоянной крепи, включающее породоразрушающий инструмент, привод его вращения, размещенный в корпусе с центральным сквозным отверстием, в котором размещена направляющая колонна, привод осевого перемещения, секционную крепь и распорный механизм, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и автоматизации процессов крепления, породоразрушающий инструмент выполнен многошаао12
1509534
Х2
Фие. 8 шечным,.каждая лапа шарошки подпружинена и установлена с возможностью радиального перемещения посредством механизма перемещения а распорный мехаУ
5 ниэм установлен с воэможностью взаимодействия с секциями крепи,при этом секции крепи выполнены из чередующихся сегментов и клиньев,а устройство снабжено платформой; установленной над породоразрушающим инструментом, и на которой размещены секции крепи, приводными рычагами, установленными с возможностью поворота в вертикальной плоскости и взаимодействия с секциями 15 крепи, и механизмами раздвижки клиньев и сегментов.
2. Устройство по .п.1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что механизм перемещения каждой шарошки выполнен из вертикально установленного на плат" форме гидроцилиндра, из диска с-кольцевой выточкой, из вертикального штыря, соединенного со штоком гидроцилиндра и размещенного в кольцевой выточке с возможностью перемещения диска вдоль штыря, и из тросовой тяги, соединенной с диском и через блоки с лапами подпружиненной шарошки.
3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что. каждый механизм раздвижки секций крепи выполнен в виде толкателя, радиальных направляющих, в которых он установлен с возможностью перемещения, и подвижного в вертикальном направлении . dopa, установленного на его конце.
1509534
51
62
Фиг. 7
1509534
Составитель Л. Черепенкина
Техред А.Кравчук Корректор А,Обручар
/ (Редактор Л. Зайцева
Заказ 5778/28 Тираж 449 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
